室内岩石试验 直剪
- 格式：pdf
- 大小：4.28 MB
- 文档页数：66
岩石直剪强度试验
主讲：付 小 敏 成都理工大学
环境与土木工程学院
提
纲
一、基本原理 二、仪器设备 三、操作步骤 四、成果整理 五、试验中应注意的几个问题
一、基本原理
岩石抵抗剪切破坏的最大 能力称为抗剪强度。
——测定岩石抗剪强度。 对五个以上的试件，施加不同 的法向荷载,用平推法施加水 平剪切力，直至试件被剪坏， 计算抗剪强度，根据莫尔理论， 求得抗剪强度参数:内摩擦角 （φ）和内聚力（C） 。
σ τ
一、基本原理
相同含水状态的5个试件——施加不同的σ ——对应不同的抗剪强度。
一、基本原理
岩石的抗剪强度通常有三种：
1、抗剪断强度——
σ
岩石在法向载荷作用下，受剪
力方向的载荷而产生断裂时的极 τ
限应力，根据莫尔理论，求得抗
剪强度参数:内摩擦角（φ）和内
聚力（C） 。
一、基本原理
岩石的抗剪强度通常有三种： 2、抗切强度——
五、试验中应注意的几个问题
3、 剪切载荷施加要求： (1)按预估最大剪切载荷分10～12级。每级载荷的大小，
软岩可按法向应力的5～10%计算，软弱结构面可按法向应 力的2～5%计算。每级载荷施加后，立即测读剪切位移和法 向位移，5min后再测读一次，即可以施加下一级剪切载荷， 当位移明显增大时，可以适当减小级差。峰值前施加的剪 切载荷不应少于l0级。
Sv —— 法向油缸活塞面积（m2）(122.72cm2)。 G —— 传压铁块、滚珠轴承的总重（MN）(10kg)；
Sj —— 剪切面面积（m2）。
四、成果整理
2、计算剪应力：
τ = (Iτ − Iτ0 ) × Sh
Sj
（2）
式中：τ——剪应力（MPa）；
Iτ ——剪切荷载压力表最大值（MPa）； Iτ 0 ——剪切荷载压力表初值（MPa）；
法向油泵换向把
三、操作步骤
9）安装磁性表座与剪切 位移百分表。
磁性表座
百分表
三、操作步骤
10）将剪切油缸 的油泵换向把推向加 载端，摇动油泵手柄， 使剪切油缸的活塞缓 缓伸出，接触上剪切 盒推板,测定剪切油 缸压力表初值 Iτ0 （MPa）。
油泵手柄
换向把 油缸活塞
三、操作步骤
11）试验采用快剪法。
岩石（规则形状体）抗剪强度试验示意图
二、仪器设备
⑹．岩石结构面与软岩直剪试验 （适于不易加工成型的不规则样）；
破坏后试件
制样模具
制好的试件
⑺. 碎石土天 然或饱和状态直 剪试验。 （角砾级砾石的 砂质碎石土）。 测定最大粒径为 25mm的碎石土剪 切强度指标。
二、仪器设备
二、仪器设备
⑻. 土的直剪试验（直接测试钻孔取芯土的抗剪指标）；
三、操作步骤
4）破碎岩体及软弱岩体
紫坪铺水电站溢 洪道边坡的煤层
现
破碎岩体
场
取
样
岩石 岩体
三、操作步骤
指脱离天然岩体的岩块，是特定地 质条件下形成的矿物集合体。
是地质体的一部分，它位于一 定的地质环境之中，是在各种宏 观地质界面（断层、节理、破碎 带、接触带、片理等）分割下形 成的有一定结构的地质体。
三、操作步骤
1、
剪
3、试验方法
切 环
1）根据试件尺寸，
选择相应尺寸的剪切环，
并放入剪切盒中
(50mm×50mm×50mm)，
三、操作步骤
2）将相应尺 寸的刚性垫块放入 剪切环中；
3）再将试件放 在垫块上。 (50mm×50mm×50m m)，
2、 垫 块
3、试件
4）通过调整 试件下面的刚性垫 块的高度，使试件 中心刚好在剪切缝 位置，安放上剪切 盒。
τ
水平荷载产生水平位移，其间没 有内聚力，剪应力只取决于试件 间摩擦力，此试验以求岩石的摩 擦系数（即抗剪强度）
二、仪器设备
——携带式岩石力学多功能试验仪
二、仪器设备
主要技术指标 外形尺寸：高63㎝，长 70㎝，宽38㎝；重量：包 括各种配件约300Kg； 垂直油缸： 最大出力500KN， 水平油缸： 最大出力300KN， 压力表：分别适于硬岩、 软岩的大、小两个量程压 力表，小量程压力表配置 有控制开关。
X
2 i
−
(
Xi )2
1
1
四、成果整理
斜坡岩体稳定性计算：
C
B
h H
G
α
L
A
滑动体为ABC,质量为：G
垂直分量：Gcosα
平行分量：Gsinα
四、成果整理
阻止滑动体向下滑动的抗滑力为：
G cosα × tgφ + c × l
下滑力：
G sinα
斜坡岩体的稳定性系数为：
K G cosα × tgφ + c × l ≥ 1 G sinα
0.68 0.48 15.15 3.37 1.55
0.68 0.48 15.6 3.82 1.55
四、成果整理
1、计算法向应力：
σ = (Iσ - I σ 0 ) × Sυ + G
Sj
（1）
式中：
σ —— 法向应力（MPa）；
Iσ —— 法向油缸压力表预定值（MPa）； Iσ0 —— 法向油缸压力表初值（MPa）；
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定： 试样受剪切方向应
与工程岩体受力方向一 致。在现场取样时，一 定要标注每个取样点的 工程位置，根据岩体的 受力方向确定每组试件 的剪切方向。
实线——主应力及迹线 虚线——最大剪应力迹线
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定：
基 脚 岩 体 的 破 坏 模 式
——浇铸方法
三、操作步骤
制样模具
模具内侧上油
三、操作步骤
水泥、砂浆
三、操作步骤
铁丝
量测水泥、 砂浆的厚度
水泥、砂浆加筋
三、操作步骤
安放试件
加水泥、砂浆
三、操作步骤
安放垫板
安装上盒
三、操作步骤
装水泥、 砂浆
成型
三、操作步骤
脱模
三、操作步骤
成型试件
三、操作步骤
2、试件描述 1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度， 胶结物性质等。 2）层理、节理裂隙的发育程度及其与剪切方向的 关系。 3）结构面的充填物性质、充填厚度以及试件在采 取和制备过程中受扰动的情况。 4）混凝土与岩石接触面的试件，应测定岩石表面 的起伏差，并绘制其沿剪切方向的高度变化曲线。混 凝土的配合比，胶结质量等。
三、操作步骤
（1）浇铸标准试件，岩石结构面应位于试件 中部。 （2）试件尺寸要求：
试件的直径或边长不得小于5cm，试件 高度与直径和边长相等。 （3）根据需要，试件可采用天然含水状态和 饱水状态； （4）每组试件不少于5个。
三、操作步骤
1.不规则形状体试样（箭头标示剪切方向） 2.剪切开缝条（1cm） 3.制样盒内壁板 4.拟剪切面（高出样盒边框面0.5cm） 5.制样盒边框面 6.混凝土
岩块
岩芯
三、操作步骤
（2）试件尺寸： 试件的直径或边长不得
小于5cm，试件高度与直径和边长相等。 （3）试件含水状态：
根据需要，试件可采用天然含水状态或饱和状态。 （4）试件数量：
国标——每组试样不得少于5个，
三、操作步骤
2）混凝土与岩石接触面
混凝土
岩 石
三、操作步骤
（1）混凝土与岩石接触面应位于试件中部，起伏差为边 长的1％～2％。混凝土骨料的最大粒径不得大于边长的 1/6。 （2）试件尺寸要求：
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定：
张开竖节理的风化沉积岩的冲切破坏
P——荷载；F——断裂位移岩块
闭合竖节理的风化沉积岩的剪切破坏
P——荷载；F——剪切面
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定：
闭追踪两组节理相交的滑面
P—荷载；J—节理；S—剪切面
五、试验中应注意的几个问题
2、法向载荷施加要求： (1)法向载荷最大值为工程压力的1.2倍。对于结构面中含有
将岩石试件在法向荷载等于 零的情况下加水平荷载产生水平
τ
方向的断裂试验。由于法向荷载 为零，内摩擦系数不起作用，抗 剪强度只取决于内聚力。这种试 验一般只校核抗剪断试验所求得 的内聚力C值（即抗切强度）。
一、基本原理
岩石的抗剪强度通常有三种： 3、抗剪强度——
σ
将岩石试件密合置于另一试 件之上，在法向荷载作用下，加
水
法向荷载（即Iσ）保持不
平 位
变，分级施加剪切荷载
移
（每级施加0.2MPa），并
表
记录每级荷载下的剪切位
移，直至试件破坏，记录
破坏时的剪切压力表最大
值Iτ （MPa）。
水平油压表
三、操作步骤
12）先卸剪切
荷载，再卸法向荷
油
载，取出剪断的试
泵
件进行破坏形态描
手
柄
述。
换向把
四、成果整理
岩石直剪强度试验记录表
二、仪器设备
用于现场（无需交流电） 进行以下八项试验项目： ⑴、岩石变形试验； ⑵、岩石抗压强度试验； ⑶、岩石抗拉强度试验；
轴向荷载千斤顶
试件
二、仪器设备
⑷．岩石点荷载强度试验。
锥头与底 座
岩石点荷载仪试验
二、仪器设备
⑸、完整岩石直剪试验（可 作六种规格试件，适于国内钻 机的中～小不同直径岩芯和 5cm×5cm直方柱体）；
Sh ——剪切油缸活塞面积（m2）(95.0cm2)； Sj ——剪切面面积（m2）。
四、成果整理
3、绘制剪应力与剪切位移关系曲线：
主讲：付 小 敏 成都理工大学
环境与土木工程学院
提
纲
一、基本原理 二、仪器设备 三、操作步骤 四、成果整理 五、试验中应注意的几个问题
一、基本原理
岩石抵抗剪切破坏的最大 能力称为抗剪强度。
——测定岩石抗剪强度。 对五个以上的试件，施加不同 的法向荷载,用平推法施加水 平剪切力，直至试件被剪坏， 计算抗剪强度，根据莫尔理论， 求得抗剪强度参数:内摩擦角 （φ）和内聚力（C） 。
σ τ
一、基本原理
相同含水状态的5个试件——施加不同的σ ——对应不同的抗剪强度。
一、基本原理
岩石的抗剪强度通常有三种：
1、抗剪断强度——
σ
岩石在法向载荷作用下，受剪
力方向的载荷而产生断裂时的极 τ
限应力，根据莫尔理论，求得抗
剪强度参数:内摩擦角（φ）和内
聚力（C） 。
一、基本原理
岩石的抗剪强度通常有三种： 2、抗切强度——
五、试验中应注意的几个问题
3、 剪切载荷施加要求： (1)按预估最大剪切载荷分10～12级。每级载荷的大小，
软岩可按法向应力的5～10%计算，软弱结构面可按法向应 力的2～5%计算。每级载荷施加后，立即测读剪切位移和法 向位移，5min后再测读一次，即可以施加下一级剪切载荷， 当位移明显增大时，可以适当减小级差。峰值前施加的剪 切载荷不应少于l0级。
Sv —— 法向油缸活塞面积（m2）(122.72cm2)。 G —— 传压铁块、滚珠轴承的总重（MN）(10kg)；
Sj —— 剪切面面积（m2）。
四、成果整理
2、计算剪应力：
τ = (Iτ − Iτ0 ) × Sh
Sj
（2）
式中：τ——剪应力（MPa）；
Iτ ——剪切荷载压力表最大值（MPa）； Iτ 0 ——剪切荷载压力表初值（MPa）；
法向油泵换向把
三、操作步骤
9）安装磁性表座与剪切 位移百分表。
磁性表座
百分表
三、操作步骤
10）将剪切油缸 的油泵换向把推向加 载端，摇动油泵手柄， 使剪切油缸的活塞缓 缓伸出，接触上剪切 盒推板,测定剪切油 缸压力表初值 Iτ0 （MPa）。
油泵手柄
换向把 油缸活塞
三、操作步骤
11）试验采用快剪法。
岩石（规则形状体）抗剪强度试验示意图
二、仪器设备
⑹．岩石结构面与软岩直剪试验 （适于不易加工成型的不规则样）；
破坏后试件
制样模具
制好的试件
⑺. 碎石土天 然或饱和状态直 剪试验。 （角砾级砾石的 砂质碎石土）。 测定最大粒径为 25mm的碎石土剪 切强度指标。
二、仪器设备
二、仪器设备
⑻. 土的直剪试验（直接测试钻孔取芯土的抗剪指标）；
三、操作步骤
4）破碎岩体及软弱岩体
紫坪铺水电站溢 洪道边坡的煤层
现
破碎岩体
场
取
样
岩石 岩体
三、操作步骤
指脱离天然岩体的岩块，是特定地 质条件下形成的矿物集合体。
是地质体的一部分，它位于一 定的地质环境之中，是在各种宏 观地质界面（断层、节理、破碎 带、接触带、片理等）分割下形 成的有一定结构的地质体。
三、操作步骤
1、
剪
3、试验方法
切 环
1）根据试件尺寸，
选择相应尺寸的剪切环，
并放入剪切盒中
(50mm×50mm×50mm)，
三、操作步骤
2）将相应尺 寸的刚性垫块放入 剪切环中；
3）再将试件放 在垫块上。 (50mm×50mm×50m m)，
2、 垫 块
3、试件
4）通过调整 试件下面的刚性垫 块的高度，使试件 中心刚好在剪切缝 位置，安放上剪切 盒。
τ
水平荷载产生水平位移，其间没 有内聚力，剪应力只取决于试件 间摩擦力，此试验以求岩石的摩 擦系数（即抗剪强度）
二、仪器设备
——携带式岩石力学多功能试验仪
二、仪器设备
主要技术指标 外形尺寸：高63㎝，长 70㎝，宽38㎝；重量：包 括各种配件约300Kg； 垂直油缸： 最大出力500KN， 水平油缸： 最大出力300KN， 压力表：分别适于硬岩、 软岩的大、小两个量程压 力表，小量程压力表配置 有控制开关。
X
2 i
−
(
Xi )2
1
1
四、成果整理
斜坡岩体稳定性计算：
C
B
h H
G
α
L
A
滑动体为ABC,质量为：G
垂直分量：Gcosα
平行分量：Gsinα
四、成果整理
阻止滑动体向下滑动的抗滑力为：
G cosα × tgφ + c × l
下滑力：
G sinα
斜坡岩体的稳定性系数为：
K G cosα × tgφ + c × l ≥ 1 G sinα
0.68 0.48 15.15 3.37 1.55
0.68 0.48 15.6 3.82 1.55
四、成果整理
1、计算法向应力：
σ = (Iσ - I σ 0 ) × Sυ + G
Sj
（1）
式中：
σ —— 法向应力（MPa）；
Iσ —— 法向油缸压力表预定值（MPa）； Iσ0 —— 法向油缸压力表初值（MPa）；
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定： 试样受剪切方向应
与工程岩体受力方向一 致。在现场取样时，一 定要标注每个取样点的 工程位置，根据岩体的 受力方向确定每组试件 的剪切方向。
实线——主应力及迹线 虚线——最大剪应力迹线
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定：
基 脚 岩 体 的 破 坏 模 式
——浇铸方法
三、操作步骤
制样模具
模具内侧上油
三、操作步骤
水泥、砂浆
三、操作步骤
铁丝
量测水泥、 砂浆的厚度
水泥、砂浆加筋
三、操作步骤
安放试件
加水泥、砂浆
三、操作步骤
安放垫板
安装上盒
三、操作步骤
装水泥、 砂浆
成型
三、操作步骤
脱模
三、操作步骤
成型试件
三、操作步骤
2、试件描述 1）岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度， 胶结物性质等。 2）层理、节理裂隙的发育程度及其与剪切方向的 关系。 3）结构面的充填物性质、充填厚度以及试件在采 取和制备过程中受扰动的情况。 4）混凝土与岩石接触面的试件，应测定岩石表面 的起伏差，并绘制其沿剪切方向的高度变化曲线。混 凝土的配合比，胶结质量等。
三、操作步骤
（1）浇铸标准试件，岩石结构面应位于试件 中部。 （2）试件尺寸要求：
试件的直径或边长不得小于5cm，试件 高度与直径和边长相等。 （3）根据需要，试件可采用天然含水状态和 饱水状态； （4）每组试件不少于5个。
三、操作步骤
1.不规则形状体试样（箭头标示剪切方向） 2.剪切开缝条（1cm） 3.制样盒内壁板 4.拟剪切面（高出样盒边框面0.5cm） 5.制样盒边框面 6.混凝土
岩块
岩芯
三、操作步骤
（2）试件尺寸： 试件的直径或边长不得
小于5cm，试件高度与直径和边长相等。 （3）试件含水状态：
根据需要，试件可采用天然含水状态或饱和状态。 （4）试件数量：
国标——每组试样不得少于5个，
三、操作步骤
2）混凝土与岩石接触面
混凝土
岩 石
三、操作步骤
（1）混凝土与岩石接触面应位于试件中部，起伏差为边 长的1％～2％。混凝土骨料的最大粒径不得大于边长的 1/6。 （2）试件尺寸要求：
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定：
张开竖节理的风化沉积岩的冲切破坏
P——荷载；F——断裂位移岩块
闭合竖节理的风化沉积岩的剪切破坏
P——荷载；F——剪切面
五、试验中应注意的几个问题
1、剪切方向的确定：
闭追踪两组节理相交的滑面
P—荷载；J—节理；S—剪切面
五、试验中应注意的几个问题
2、法向载荷施加要求： (1)法向载荷最大值为工程压力的1.2倍。对于结构面中含有
将岩石试件在法向荷载等于 零的情况下加水平荷载产生水平
τ
方向的断裂试验。由于法向荷载 为零，内摩擦系数不起作用，抗 剪强度只取决于内聚力。这种试 验一般只校核抗剪断试验所求得 的内聚力C值（即抗切强度）。
一、基本原理
岩石的抗剪强度通常有三种： 3、抗剪强度——
σ
将岩石试件密合置于另一试 件之上，在法向荷载作用下，加
水
法向荷载（即Iσ）保持不
平 位
变，分级施加剪切荷载
移
（每级施加0.2MPa），并
表
记录每级荷载下的剪切位
移，直至试件破坏，记录
破坏时的剪切压力表最大
值Iτ （MPa）。
水平油压表
三、操作步骤
12）先卸剪切
荷载，再卸法向荷
油
载，取出剪断的试
泵
件进行破坏形态描
手
柄
述。
换向把
四、成果整理
岩石直剪强度试验记录表
二、仪器设备
用于现场（无需交流电） 进行以下八项试验项目： ⑴、岩石变形试验； ⑵、岩石抗压强度试验； ⑶、岩石抗拉强度试验；
轴向荷载千斤顶
试件
二、仪器设备
⑷．岩石点荷载强度试验。
锥头与底 座
岩石点荷载仪试验
二、仪器设备
⑸、完整岩石直剪试验（可 作六种规格试件，适于国内钻 机的中～小不同直径岩芯和 5cm×5cm直方柱体）；
Sh ——剪切油缸活塞面积（m2）(95.0cm2)； Sj ——剪切面面积（m2）。
四、成果整理
3、绘制剪应力与剪切位移关系曲线：
